Создаются лекарства. Новые лекарства: как происходит разработка лекарств. Лекарства. Разнообразие смыслов

Для создания лекарств, как и во многих других сферах, все чаще применяются компьютерные технологии. О том, как уже сейчас различные препараты создаются на компьютере и в чем суть персонализированной медицины, рассказывает Полина Шичкова, студентка пятого курса МФТИ лаборатории биоинформатики кафедры молекулярной и трансляционной медицины и магистрант Сколтеха по направлению «Биомедицинские технологии».

Лекарства. Разнообразие смыслов

Когда вы слышите о новой разработке некой современной фармкомпании, то вряд ли представляете себе собирающих на лужайке целебные травы ученых-биологов или запертых в маленькой лаборатории алхимиков. Как же изобретаются новые лекарства и что они из себя представляют теперь, когда многие лечебные травы уже собраны и изучены?

Суть лекарства - то есть то, что помогает человеку выздороветь - заключается в активном веществе. Вкупе с разнообразными химическими добавками оно может стать, например, удобной для проглатывания цветной таблеткой. Говоря о лекарствах далее, мы будем иметь в виду их активные вещества. Есть несколько разных по своей химической природе типов лекарственных веществ, а в целом их можно разделить на две группы: малые молекулы (с молекулярной массой <500 дальтон, иногда используется менее жесткий предел - 900 дальтон) и биологические препараты (с большей молекулярной массой, обычно это белки или пептиды). На сегодняшний день малые молекулы доминируют на рынке, поэтому мы будем говорить именно о них. Смысл работы любого вещества, обладающего лекарственной активностью, заключается в том, что оно связывается с мишенью бактерии или вируса в организме человека, взаимодействует с другими молекулами, благодаря чему происходит улучшение состояния организма.

Пример сложного каскада реакций в нашем организме: сигнальный путь Wnt

Молекулярные основы препаратов

В организме человека протекает множество химических процессов. Их можно описать каскадами реакций, которые могут быть очень большими и сложными, как на рисунке выше. Развитие заболевания сопровождается нарушениями в каких-то химических процессах в организме. В каскадах реакций есть ключевые участники (некоторые молекулы, в большинстве случаев белки), которые в большей мере ответственны за происходящее. Для них, собственно, разрабатываются лекарства, то есть они становятся мишенями для них.

Поиск мишеней в процессе разработки лекарств

Однако белки - большие молекулы. Поэтому мало просто вычислить белок как мишень среди каскадов и сетей, нужно еще и определить на этой мишени конкретное место. Его называют активным сайтом. Взаимодействие правильного лекарства с этим самым местом и должно приводить к желаемому результату - улучшению самочувствия или выздоровлению.

Представьте себе замок и ключ. Взаимодействие лекарства с белком-мишенью - это и есть закрывание или открывание замка ключом. Чтобы лекарственная молекула могла взаимодействовать с необходимым центром белка, она должна соответствовать множеству физических, химических и даже просто геометрических требований. Замок должен подходить к ключу. Эти параметры могут быть довольно точно рассчитаны как раз с помощью компьютерных методов. Итак, молекула, которая обладает лекарственной активностью против определенного заболевания, связывается с активным сайтом белка-мишени, что модулирует его активность. Очень часто это модулирование заключается в ингибировании (подавлении) его взаимодействия с другими молекулами. Таким образом исправляются ошибки, то есть вылечивается заболевание. Однако важно заметить, что молекулярные механизмы воздействия лекарств на мишени и последующие изменения в каскадах реакций разнообразны и сложны.

Фарминдустрия и разработка лекарств

В среднем на разработку одного лекарства тратится от 1 до 2,5 млрд долларов и около 10–15 лет. Если мы уже знаем белок-мишень и тем более его активный сайт, то для первичного отбора молекул - кандидатов в лекарства можно провести компьютерный виртуальный скрининг или высокопроизводительный экспериментальный скрининг. Последнее значительно дороже.

При проведении высокопроизводительного скрининга используются роботизированные системы. Они позволяют добавлять сотни тысяч разных исследуемых веществ в лунки панелей со специальным образом подготовленной тестовой системой. Разнообразные детекторы регистрируют сигналы о взаимодействии исследуемого вещества в каждой лунке с белком-мишенью тестовой системы.

А теперь давайте представим, что мы можем моделировать то, что происходит в каждой лунке панели высокопроизводительного скрининга. Точнее, как будут взаимодействовать исследуемые молекулы (среди которых мы хотим найти обладающих лекарственной активностью) с белком-мишенью. В таком случае дорогую роботизированную систему можно заменить компьютерными программами, а вещества и белки - описанием их структур в определенном формате. Тогда с помощью компьютерных методов мы исключим вещества, которые плохо взаимодействуют с белком-мишенью, уменьшив количество веществ для экспериментальной проверки, что снизит затраты и увеличит шансы на успех.

Для решения задачи виртуального скрининга активно используется молекулярный докинг («стыковка»). Его суть заключается в моделировании взаимного расположения малой исследуемой молекулы и белка мишени. С помощью специальной скоринговой функции, приближенно описывающей энергию взаимодействия малой молекулы с белком-мишенью, программа докинга ранжирует исследуемые вещества. Используя ее результаты, можно выкинуть из дальнейшего рассмотрения вещества с плохими значениями скоринговой функции относительно некоторого порогового значения. Для виртуального скрининга мы можем взять наборы большего размера (библиотеки) химических соединений, чем для высокопроизводительного скрининга. Так как мы проверим соединения на этапе виртуального скрининга, в экспериментальную проверку попадет уже «обогащенный» набор соединений, то есть тех, что с большей вероятностью будут иметь лекарственную активность. Таким образом, рациональный дизайн лекарств начинается с компьютера. Далее, чтобы лекарство вышло на рынок, оно должно пройти множество преклинических и клинических испытаний. Но даже когда препарат уже применяется на практике, исследования не прекращаются, ведь нужно проверить, нет ли у него побочных эффектов, которые могут проявляться спустя годы. Наверное, одним из наиболее широко известных примеров такого рода побочек является эффект одного успокаивающего и снотворного средства. В 1960-е годы в Европе родились тысячи детей с врожденными уродствами: их матери во время беременности принимали не до конца изученный снотворный препарат (талидомид). Так, из 10 000–1 000 000 кандидатных молекул лишь одна обычно становится настоящим лекарством. Шансы на успех, как мы видим, крайне малы.

Методы компьютерного дизайна лекарств

Какие еще компьютерные методы (помимо виртуального скрининга химических соединений) используются в разработке лекарств? Это может быть всевозможное моделирование, поиск подобных молекул, смена скелета молекулы и многое другое. У тех, кто занимается компьютерным дизайном лекарственных препаратов, есть целый арсенал специальных методик. В целом их принято разделять на те, что руководствуются знанием о структуре мишени, и те, что ориентируются на химическое соединение.

Теперь представим, что мы уже поняли почти все о химической структуре разработанного лекарства. И допустим, что у этого вещества есть побочные свойства, которые не позволяют нам выпустить его на рынок. Используя особые методы - поиск по молекулярному подобию и фармакофорам (наборам пространственных и электронных признаков молекулы), смену скелета молекулы, - мы можем найти такую, которая продолжит лечить, но перестанет калечить, либо побочные эффекты просто уменьшатся. Молекулярное подобие - это похожесть структур химических соединений. Считается, что близкие по химическим структурам соединения наиболее вероятно обладают похожими биологическими свойствами. Фармакофоры позволяют представить молекулу в виде набора функционально важных компонентов, каждый из которых отвечает за какое-то свойство молекулы. Представьте конструктор, каждый из блоков которого представляет какое-то свойство. Часть этих кирпичиков-свойств нас интересуют, а другие, напротив, нежелательны в потенциальном лекарстве, так как могут приводить к побочным эффектам, отрицательно влиять на доставку лекарства в нужное место в организме или на метаболизм. Мы хотим найти молекулу, в которой будут только полезные блоки-фармакофоры. Суть смены скелета молекулы состоит в использовании найденных полезных фрагментов с заменой остальных на более подходящие, то есть в оптимизации свойств молекулы потенциального лекарства.

Персонализированная медицина и драг-дизайн

Мы все отличаемся друг от друга. Одно и то же лекарство может помогать одному человеку, быть бесполезным для другого, а у третьего вызывать нежелательные последствия. Как мы уже говорили, взаимодействие лекарства с белком-мишенью обуславливается множеством физико-химических и пространственных параметров их обоих. А теперь представим, что в участке ДНК, кодирующем белок-мишень пациента N, есть отличие в одном-двух нуклеотидах (составных частей ДНК) по сравнению с большинством людей. То есть белок пациента N отличается от белка большинства людей, и эта его особенность приводит к бесполезности для пациента N лекарства A. Конечно, не каждая замена в ДНК приводит к изменениям в белке и далеко не все изменения являются критическими, но лекарство A не только не вылечит пациента N, но его употребление может привести к серьезным побочным эффектам. Однако, зная подробности замены в гене белка-мишени у пациента N (это можно определить генотипированием), можно смоделировать новую структуру белка. А зная новую структуру, можно провести тот самый скрининг и найти индивидуальное лекарство, которое поможет именно пациенту N.

Есть и менее драматичный пример: некоторые казусы с ДНК просто требуют замены дозировки лекарства. Но о своих особенностях и отличиях пациентам нужно для начала знать. С этим помогает генотипирование. Между тем информацию о взаимосвязи конкретных генетических вариантов с дозировкой лекарств (и не только) сегодня можно найти в специальной глобальной базе данных , чем и занимаются в продвинутых клиниках и чем, можно надеяться, будут заниматься повсеместно, принимая во внимание индивидуальные особенности ДНК пациентов при назначении лечения.

Создание лекарств - это сложно и важно, а компьютерные методы помогают снизить временные и материальные затраты на их разработку. За этими технологиями будущее, над которым сейчас и работает современная наука.

Как создаются лекарства и вакцины? Сколько человек работает над каждым препаратом? Как убеждаются, что лекарство подействует?

Об этом нам рассказали старший научный сотрудник Института иммунологии ФМБА России, кандидат биологических наук Марина Абрамова и исполнительный директор Ассоциации организаций по клиническим исследованиям Светлана Завидова.

Вакцина от гриппа

Поговорим о создании лекарств на примере вакцины от гриппа, разработкой которой занималась наш эксперт Марина Абрамова.

Вакцин от гриппа создано много и разных. Есть «живые», в них входит цельный живой вирус, только ослабленный. Есть вакцины с частями вируса, с удалённым генетическим материалом этого микроорганизма… Но у всех у них – свои недостатки, поэтому работа над созданием всё более безопасной вакцины продолжается.

Наши учёные смогли выделить с поверхности вируса белки, на которые реагируют защитные силы нашего организма. Встретившись с такими белками, иммунная система человека их изучит, запомнит и, когда в организм попадёт полноценный живой вирус гриппа, сразу распознает «врага» и мобилизует все силы, чтобы не дать ему там запустить болезнь.

Чем меньше кусочек вируса, который используется в вакцине, тем легче человек переносит прививку. Но в то же время этот маленький кусочек хуже распознаётся иммунной системой. Значит, в вакцину надо добавить ещё такое вещество, которое помогло бы организму распознать белок вируса и выработать на него антитела – клетки, уничтожающие «врагов» организма.

Началась работа. С поверхности вируса выделили белки, которые помогают ему проникать в наши клетки, очистили их от всего ненужного: от оболочек, генетического материала, от других белков… При этом надо было добиться того, чтобы желаемый результат получался не только раз от раза и в пробирке, а постоянно. Несколько десятков человек работали над созданием вакцины около трёх лет. Забраковано было больше половины идей и предложений. А вообще неперспективные решения отсеиваются на всех этапах создания лекарственного препарата или вакцины. До потребителя может дойти лишь 1% разработок.

Безопасность прежде всего

Но вот лекарство или вакцина созданы, и начинается многоэтапная система их испытаний. Надо проверить препарат:

на острую токсичность, то есть не отравишься ли им;
на хроническую токсичность – не возникнет ли отравление, если лекарство принимать долго;
на репродуктивную токсичность – не повлияет ли лекарство или вакцина на здоровье потомства.

Сначала испытания идут на животных. Для каждого типа исследований предназначены свои зверьки, потому что каждый зверёк чуть более чувствителен к какому-то действию препарата. Не возникнет ли аллергия, проверяют на морских свинках. Не поднимется ли после прививки температура – на кроликах. Не отравит ли лекарство, проверяют на мышах. Но мыши не болеют гриппом, поэтому, введя им препарат от этой инфекции, нельзя понять, защитит он от болезни или нет. Зато гриппом болеют хорьки. Их можно привить, а потом заразить и посмотреть, разовьётся болезнь или нет.
На все эти проверки безопасности нового лекарства или новой вакцины уходит в среднем от 2 до 5 лет.

Четыре фазы

Дальше идут клинические исследования с участием людей. Они могут длиться от 2 до 10 лет, в среднем – 5 лет. Тут время зависит от того, насколько распространена болезнь, препарат от которой испытывается, как быстро можно набрать необходимое число больных добровольцев.

Но сначала исследования идут на небольших группах здоровых людей , чтобы посмотреть, как лекарство будет переноситься организмом, не принесёт ли оно вред. Обычно число здоровых добровольцев – 20–100 человек.

Вторая фаза исследований – больные люди. Как правило, это от 100 до 500 пациентов. Во время этой фазы подбираются дозировки, отрабатывается схема приёма препарата, оценивается его эффективность.

Третья фаза – самая массовая. В ней могут принимать участие до 10 тысяч человек из разных стран. Без международных исследований невозможно вывести препарат на мировой рынок.

И четвёртая фаза – препарат продолжает исследоваться во время регистрации и после выхода на рынок. Изучение не прекращается, так как могут возникнуть отсроченные эффекты; смотрят взаимодействие с другими лекарствами; после того как препарат или вакцина получают разрешение на применение у взрослых, начинаются исследования с участием детей.

По подсчётам Американской ассоциации производителей фармпрепаратов, разработка нового лекарства обходится сегодня фармкомпаниям в 1,8–2,4 млрд долларов! Неудивительно, что новые оригинальные препараты появляются нечасто.

Вопросы этики

Все исследования лекарств и вакцин ведутся по специальным протоколам, под контролем Совета по этике при Минздраве РФ и локальных комитетов по этике, созданных при лечебных учреждениях. Больница, имеющая право их проводить, должна получить аккредитацию на этот вид деятельности.
Проводятся исследования, как правило, слепым методом: ни сами больные, ни их лечащие врачи не знают, что получает доброволец: «пустышку» или новую разработку. Исследования нельзя проводить с участием людей «подневольных» – заключённых, военнослужащих, детей-сирот. Все добровольцы подписывают согласие на исследование.

Иногда можно услышать такую точку зрения, что привлекать к исследованиям детей аморально. Но ведь детей надо лечить современными препаратами, а для этого нужно понять, как эти препараты на них действуют.

Кстати, и взрослые пациенты, и родители больных детей редко отказываются от участия в клинических исследованиях новых лекарств, если им это предлагают их лечащие врачи. Потому что понимают, что получат новый препарат бесплатно, что будут всё время исследования находиться под пристальным наблюдением высококвалифицированных врачей.

Ещё одна страшилка обывателей, что Россия – полигон для испытаний новых зарубежных лекарств. Это не так. Во‑первых, при любом исследовании риск сводится до минимума, при неблагоприятном эффекте приём нового препарата сразу отменяется. А во‑вторых, например, в 2015 году в России на 1 млн человек приходилось всего 2 международных исследования, а в Бельгии на тот же миллион – 46, в Швейцарии – 39, в Израиле – 34,8… Объём нашего участия в международных исследованиях новых лекарств – всего 1%.

20 лет даётся фармакологической компании, разработавшей новое оригинальное лекарство, на то, чтобы вернуть свои миллиарды, потраченные на создание препарата. Это время она единолично выпускает его на международном рынке. А потом любая фармкомпания может выпустить дженерик – взять то же действующее вещество, что и у оригинального препарата, и сделать своё лекарство, которое получится намного дешевле, поскольку для выпуска дженерика не надо проводить таких тщательных и долгих исследований.

Направленную разработку новых лекарственных препаратов с заранее заданными свойствами за неимением короткого и удобного русского термина называют драг-дизайном(drug — лекарство, design — проектирование, конструирование).

Редакция ПМ

Процесс разработки нового лекарства занимает от 5 до 16 лет. Затраты на клиническое тестирование одного соединения-кандидата составляют более 100 миллионов долларов США

Суммарная стоимость разработки, с учетом препаратов, не достигших рынка, часто превышает 1 миллиард долларов

Скрининг — лабораторный (in vitro) или компьютерный (in silico) — наиболее ресурсоемкая процедура по выбору из библиотек доступных соединений прототипов для создания лекарств. Положительные результаты скрининга являются отправной точкой для дальнейшего процесса разработки лекарства

В начале 1870-х годов немецкий студент-медик Пауль Эрлих, изучавший методы избирательного окрашивания срезов тканей, выдвинул гипотезу о существовании хеморецепторов — специальных тканевых структур, специфически взаимодействующих с химическими веществами, и предположил, что это можно использовать для лечения различных заболеваний. В 1905 году известный английский физиолог и гистолог Джон Лэнгли предложил концепцию клеточных рецепторов — белков, под действием различных веществ меняющих свое состояние и за счет этого управляющих работой клетки.

Одним из самых существенных успехов Эрлиха (к тому времени нобелевского лауреата) было открытие сальварсана — средства против сифилиса и трипаносомоза, неизмеримо более эффективного и намного менее токсичного, чем применявшиеся до того неорганические соединения ртути. После долгого перебора казавшихся перспективными органических соединений мышьяка эффективным оказался вошедший в историю «препарат 606» — дифенамина арсенид.

С этого началось развитие химиотерапии. Успехи биохимии позволили предсказывать удачные мишени для терапевтического воздействия, а также модификации лекарств, дающих новые соединения с новыми свойствами. Так, изучение свойств и клеточных мишеней антибактериального препарата сульфаниламида позволило разработать целые семейства мочегонных средств и препаратов для снижения артериального давления и уровня сахара в крови. Однако мечта Эрлиха о «волшебной пуле» — идеальном лекарстве, поражающем только возбудителя болезни и не затрагивающем организм в целом, оставалась лишь мечтой. Драг-дизайн поднялся на новый уровень во второй половине ХХ века, когда разработка лекарств стала не просто плодом работы воображения, а результатом научного диалога между биологами и химиками.

Прорыв был связан с развитием геномики, позволившей выделять гены, кодирующие терапевтически важные биологические мишени, и нарабатывать достаточное для исследований количество этих белков с помощью генетически модифицированных микроорганизмов.

На молекулярном уровне любая болезнь — это нарушение работы белков и/или кодирующих их генов в одной или нескольких тканях организма. Геном человека содержит 12−14 тысяч генов, кодирующих белки. Сегодня известно около 500 фармакологических мишеней — белков (а в последние годы и генов), на которые направлено действие лекарств. Вероятно, их больше: на какие именно молекулы в организме действуют многие препараты, врачи и фармацевты просто не знают. Клеточную мишень обычного аспирина обнаружили совсем недавно — после 100 лет его применения! К тому же многие заболевания обусловлены нарушением функций не одного, а как минимум 5−10 связанных между собой белков и кодирующих их генов.

Поиск мишени

Основные понятия драг-дизайна — мишень и лекарство. Мишень — это биологическая макромолекула, связанная с определенной функцией, нарушение которой приводит к заболеванию. Чаще всего мишенями являются белки — рецепторы и ферменты. Лекарство — это химическое соединение (как правило, низкомолекулярное), специфически взаимодействующее со своей мишенью и тем самым влияющее на процессы внутри клетки.

Начальный этап драг-дизайна — выбор мишени, действие на которую регулирует одни биохимические процессы, не затрагивая других. Это не всегда возможно, поскольку далеко не все заболевания вызваны неправильной работой только одного белка или гена. В последние годы для идентификации мишеней все чаще используют данные сравнительной геномики — в «тексте» ДНК человека выявляют гены, родственные генам с уже известными функциями в других организмах. Впрочем, необходима экспериментальная проверка того, что воздействие именно на эту мишень даст результат. Один из способов — «выключить» ген мишени в генетически модифицированном организме или клетке и посмотреть, что с ними станет. При поиске мишени не следует забывать о полиморфизме: любой ген может существовать в нескольких вариантах, кодирующих белки, которые различаются по свойствам, не выходя за пределы нормы. В результате одно и то же лекарство по‑разному действует в зависимости от индивидуальных особенностей и тем более — на представителей разных популяций и рас.

Выбор оружия

Исследование всех возможных веществ нереально: существует не менее 1040 лигандов — малых молекул, способных избирательно связаться с каким-либо участком одного из белков и изменить его функцию. Простой перебор вариантов, даже на суперкомпьютере (и при наличии полной информации о строении всех белков — а до этого ох как далеко!) занял бы больше времени, чем прошло с начала мироздания. Поэтому на структуру потенциальных лигандов накладывают ряд ограничений, которые существенно сужают «химическое пространство». На практике можно использовать условия сходства с лекарствами (drug-likeness), определяющие оптимальное число доноров и акцепторов водородной связи, молекулярный вес и липофильность соединения. В качестве отправной точки при поиске лигандов, способных связываться с заданной мишенью, обычно используют библиотеки соединений, либо созданные специализированной фирмой по условиям, заданным разработчиком, либо имеющиеся в арсенале фармацевтической компании. Такие библиотеки «на все случаи жизни» могут содержать миллионы веществ.

Из тысяч доступных веществ с более-менее определенными свойствами необходимо выбрать сотни молекул, способных после дальнейшей модификации и испытаний на бактериях или культурах клеток дать десятки так называемых кандидатных соединений, предназначенных для доклинических исследований, включая тестирование на животных. После этого этапа отсева на стадию клинических испытаний на людях остается в лучшем случае 1−3 препарата. А все положенные испытания выдерживает примерно одно из десяти веществ. Чтобы уменьшить число неудач, важно не ошибиться в самом начале работы.

Скрининг: отделим зерна от плевел

Принцип скрининга прост: на особые предметные стекла — плашки, содержащие в тысячах микролитровых лунок тестовую систему, например молекулы белка-мишени или целые клетки (при необходимости — генетически модифицированные), — робот раскапывает из пипеток исследуемые вещества, следуя заданной программе. Потом происходит считывание данных, говорящее о том, в какой лунке обнаружена биологическая активность. Детектор может определять ее по радиоактивному сигналу, флюоресценции, поляризации света и многим другим параметрам.

В результате скрининга количество тестируемых соединений сокращается на три-четыре порядка и выявляются активные молекулы, называемые прототипами. Однако такие удачи еще очень и очень далеки от конечного лекарства. Лишь те из них, которые сохраняют свою активность в модельных системах и подходят под множество дополнительных критериев, дают предшественников лекарств для дальнейших исследований. Прототипы, полученные в результате скрининга, подвергают разнообразным оптимизациям. Для этого необходимо тесное сотрудничество между различными группами исследователей: молекулярными биологами, фармакологами, молекулярными биофизиками и медицинскими химиками. С каждым оборотом такого «фармакологического цикла» прототип приближается к предшественнику лекарства, который тестируется на животных, а потом и на людях (прежде всего на безопасность).

Не навреди!

Разработка новых лекарственных препаратов — область медицины, в которой ни в коем случае не следует спешить. Достаточно вспомнить историю с талидомидом, применение которого приводило к рождению детей с врожденными пороками конечностей, вплоть до их полного отсутствия. Из-за недостаточно тщательного и аккуратного тестирования этот побочный эффект не был выявлен во время клинических исследований.

В настоящее время клинические испытания новых препаратов — это длительная, сложная и дорогая процедура (два-семь лет многоэтапных проверок и от $100 млн. на одно соединение-кандидат). На стадии преклинических испытаний препараты исследуют на токсичность и канцерогенность, вначале — в стандартном тесте на личинках дрозофил, а затем, как минимум, на двух видах лабораторных животных. Токсичные препараты, само собой, в клинику не попадают, за исключением тех случаев, когда они предназначены для терапии особо тяжелых заболеваний и не имеют менее вредных аналогов.

Кроме изучения фармакодинамики — механизмов действия препарата, в том числе побочных эффектов, — исследуют его фармакокинетику: скорость всасывания в кровь, распределение по организму, химические превращения (и действие образовавшихся соединений), выведение из организма и биодоступность — степень потери препаратом биологических свойств при введении в организм.

Процесс клинических исследований новых препаратов имеет очень много нюансов и требует огромного количества сопроводительной документации (несколько тысяч страниц), разрешений, сертификатов и т. д. Кроме того, многие формальные процедуры в разных странах заметно различаются. Для решения этих многочисленных вопросов существуют специальные компании, которые принимают от фармацевтических гигантов заказы на проведение клинических испытаний и перенаправляют их в конкретные клиники, сопровождая весь процесс и следя, чтобы никакие формальности не были нарушены.

Вкалывают роботы, а не человек

В драг-дизайне, как и в большинстве других наукоемких областей, продолжает увеличиваться роль вычислительной техники. Следует сразу оговорить, что разработать новый лекарственный препарат, используя только компьютеры, невозможно. Основные преимущества, которые дают вычислительные методы в данном случае, — это сокращение времени выпуска нового лекарства на рынок и снижение стоимости разработки.

Основные компьютерные методы, используемые в драг-дизайне, это, во‑первых, предсказание пространственной структуры белка-мишени и механизма его взаимодействия с лекарством; во‑вторых, виртуальный скрининг (компьютерное сканирование баз химических соединений); и наконец, оценка «похожести на лекарство» и других физико-химических характеристик.

Очень часто о трехмерной структуре белка-мишени разработчикам ничего не известно. В этом случае новые соединения конструируют, исходя из информации о структуре уже известных активных лигандов.

Общепринятая в биологии и химии парадигма гласит: «структура определяет свойства». Анализируя связи между структурой и свойствами известных соединений, можно предсказать химическую структуру новой молекулы, обладающей желаемыми свойствами. Этот подход используется и при модификации известных веществ с целью улучшения их свойств, и при поиске в химических библиотеках лигандов к определенному белку, и при составлении технических заданий фирмам, специализирующимся на таком направленном синтезе.

Достоверность моделирования, как и эффективность всего процесса конструирования нового лекарства, можно существенно повысить, если учитывать данные не только о структуре лигандов, но и о структуре белка-мишени. Такой подход называют структурно-подкрепленным драг-дизайном (Structure-Based Drug Design).

Иногда трехмерное строение мишени можно установить экспериментально — например, с помощью рентгеноструктурного анализа. Если структура мишени все же недоступна, ее можно смоделировать на компьютере, используя информацию о строении родственных белков.

Для виртуального скрининга не нужны ни библиотека из миллиона соединений, ни дорогостоящий робот — достаточно создать библиотеку «виртуальных прототипов» лекарства. С увеличением компьютерных мощностей и совершенствованием алгоритмов программы будут лучше оценивать сродство лиганда к белку, начнут учитывать подвижность белковых цепей и влияние растворителя.

Однако, несмотря на все свои преимущества, компьютерные методы имеют ряд ограничений. Прежде всего, результаты, полученные in silico, обязательно должны быть проверены in vitro. Кроме того, никакое моделирование не может учесть все возможные влияния лекарственного препарата на организм в целом, поэтому компьютеры не в силах ни упразднить, ни даже существенно сократить преклиническое тестирование и тем более клинические испытания, занимающие основную долю времени и средств в разработке нового препарата.

Перспективы драг-дизайна

Очевидно, что драг-дизайн — это будущее фармакологической промышленности. По мере развития геномики, а также протеомики (науки о функциях белков), метаболомики, изучающей обмен веществ на всех уровнях, от клетки до целого организма, и других «омик» количество потенциальных мишеней должно увеличиться во много раз. Например, мишенями для антимикробных и антивирусных препаратов являются белки патогенных бактерий и вирусов, которые также необходимо активно исследовать. Это дополнительно расширяет поле деятельности «охотников за лекарствами». Знание структуры белков позволит находить и синтезировать на заказ низкомолекулярные лиганды, специфически связывающиеся с определенными участками мишеней.

Направленное конструирование новых лекарственных препаратов уже сейчас стало важнейшей частью фармакологии. В недалеком будущем разработка лекарств станет точной наукой, позволяющей не только победить многие неизлечимые в настоящее время заболевания, но и осуществить давнишнюю мечту о «золотой пуле» — лекарствах, которые с минимальным побочным действием эффективно устраняют причину болезни.

Рациональная разработка новых лекарств в индустрии, в свою очередь, облегчается, когда фундаментальная биохимическая природа нормальных и болезненных процессов более широко, хотя и не полностью, изучена в академических лабораториях и становится понятной

В большинстве случаев новые лекарства создаются в промышленных, а не в академических лабораториях. Эти два процесса дополняют один другой, так как отличаются разными подходами к решению одной и той же проблемы. Сотрудники академических лабораторий часто с большим интересом используют открытия ученых индустриальных центров в качестве инструмента при выяснении основных механизмов действия препаратов. Открытия в области индустрии вносят большой вклад в фундаментальные исследования в области фармакологии: так были открыты механизмы действия, например, таких препаратов, как ацетилсалициловая кислота, циметидин. Рациональная разработка новых лекарств в индустрии, в свою очередь, облегчается, когда фундаментальная биохимическая природа нормальных и болезненных процессов более широко, хотя и не полностью, изучена в академических лабораториях и становится понятной. Например, создание блокаторов гистаминовых рецепторов зависело от познания того, что гистамин высвобождается в организме и служит медиатором при развитии крапивницы, сенной лихорадки, а также участвует в нормальной секреции кислоты в желудке. Эффективность аллопуринола при подагре могла быть предсказана благодаря установленным путям синтеза в организме мочевой кислоты.

Исцеление человека от рака , весьма вероятно, станет возможным, если станут известны детали биохимических процессов в злокачественных и интактных клетках, а не вследствие эмпирического тестирования десятков тысяч химических веществ, взятых случайно или потому, что они имеют отношение к существующим относительно неселективным и неэффективным противораковым препаратам. Лекарственные вещества тестируются на животных, у которых рак вызывают искусственно, или на линиях животных, которые были выведены специально для получения этого заболевания с высокой частотой, а также на культурах ткани (хотя в этих условиях клетки приобретают новые свойства). Чаще всего цель исследований в фармацевтической промышленности может быть сформулирована просто: создание прибыльных лекарств . Для того чтобы препарат стал прибыльным, он должен быть и полезным и безопасным, а эти его качества в конечном итоге оцениваются клиницистом. Задача фармаколога заключается в предсказании этих свойств по экспериментальным данным на животных с учетом ограничений, возможностей факультетов и их сотрудников. Эта задача должна быть выполнена таким образом, чтобы была сведена к минимуму возможность пропуска полезного лекарственного вещества; другими словами, скринирующие программы должны быть эффективными. Было отмечено, что создатели лекарств пытаются ограничиться «подделками», для того «чтобы ввести в заблуждение» организм больного; и в этом имеется доля истины. Наибольшие трудности экспериментальной фармакологии заключаются в такой организации экспериментов на животных, чтобы можно было собрать максимальное количество информации при использовании относительно малого числа животных и чтобы эта информация имела отношение к человеческой физиологии и патологии. Например, особенно трудно спланировать эксперименты на животных для тестирования лекарств, если их возможная эффективность направлена на коррекцию психических нарушений у человека, но относительно легко при изучении антикоагулянтных эффектов, так как тромбоциты у животных и человека имеют сходные механизмы и определить способность свертывания крови несложно.

Разработка лекарств

Лекарственные вещества можно планировать ; эта цель может быть достигнута довольно часто. Различают четыре принципиальных подхода к разработке лекарственных веществ.

Синтез аналогов или антагонистов естественных гормонов, аутакоидов или медиаторных субстанций, или молекул, изменяющих изученные биохимические процессы, позволяет создать принципиально новые средства, оказывающие терапевтическое действие, например блокаторы Н2-гистаминовых рецепторов, дофаминовые агонисты и антагонисты, блокаторы кальциевых каналов и простагландины. Продуктивность такого подхода к решению проблемы создания новых эффективных лекарств служит веским аргументом в пользу необходимости проведения фундаментальных научных исследований и всесторонней их поддержки со стороны общества. Только понимание сущности процессов, происходящих в здоровом организме, и их нарушение при заболевании позволяет решить вопрос о путях воздействия на организм для достижения здоровья и счастья человечества (тот факт, что вполне серьезные попытки изучения могут ни к чему не привести, лишь обосновывает необходимость дальнейших и более совершенных исследований, а не отказ от них или прекращение их).
Изменение структуру известных лекарств, вероятно, позволит создать массу препаратов, обладающих сходными свойствами, но принципиально не отличающихся друг от друга. Однако модификация молекулы, произведенная целенаправленно, может привести к изменениям в структуре столь важным, что это позволяет устранить в лекарстве одни свойства и придать ему совершенно новую активность, что приводит к созданию принципиально новых лекарственных средств, например сульфаниламидов (противобактериальные), производных сульфомочевины (гипогликемические), тиазидных соединений (диуретики), диакарба (ингибитор карбоангидразы), ацетазоламида, применяемого при глаукоме. Все они происходят от первых сульфаниламидов, синтезированных в 30-е годы.
Рандомизированный скрининг. Принципиально новые химические вещества, синтезированные или полученные из природных источников, подвергаются скринирующему исследованию на животных с помощь набора тестов, предназначенных для выполнения интересующих исследователя эффектов. Подобный скрининг в настоящее время представляет собой очень сложное исследование.
Выявление новых свойств у лекарств, уже применяющихся в клинике, в результате тщательного обследования и наблюдения за их действием на различные системы организма. Например, таким образом было установлено гипотензивное свойство бета-адреноблокаторов, противотромботическая активность у ацетилсалициловой кислоты.

Процесс создания нового лекарства

Процесс создания нового лекарства можно представить следующим образом. A. Идея или гипотеза. Б. Синтез веществ. B. Исследования на животных [разные (мыши, крысы, морские свинки, кролики, кошки, собаки, обезьяны) при исследовании разных веществ]. I. Фармакология. 1. Свойство, лежащее в основе предполагаемого терапевтического действия. 2. Другие виды действия: классификация по основным физиологическим системам. 3. Взаимодействие с другими лекарственными средствами, с которыми в дальнейшем возможно сочетанное использование (эти исследования можно проводить на последних этапах изучения). 4. Фармакокинетика: токсикологические исследования не могут проводиться в достаточной степени удовлетворительно без данных о фармакокинетике вещества в организме тех видов животных, на которых проводят изучение токсичности. II. Токсикологические методы исследования. 1. Однократное введение дозы (острая токсичность). 2. Повторное введение вещества (подострая, промежуточная и хроническая токсичность). 3. Обычные исследования по токсичности: а) по крайней мере, используют два вида млекопитающих (только один из них относится к грызунам); б) по крайней мере, два разных пути введения, из них один, которым предполагается пользоваться при лечении человека; в) регистрация признаков проявления токсичности с изучением механизма развития смерти; определяют характер поражения (органов-мишеней), т. е. недостаточно указать, что доза, в 10 раз большая той, что предложена для лечения больного, не вызывала повреждения в организме животных. 4. Продолжительность исследований при повторном введении препарата: 5. Изучение токсичности на животных при повторном введении лекарственного вещества обычно подразделяют на два периода: кратковременный (2-4 нед), при котором получают ориентировочную информацию для планирования дальнейших опытов, и длительный: а) применение трех доз: малая, близкая к предполагаемой терапевтической у человека, максимальная для выявления предполагаемой токсичности и промежуточная; б) если лекарственное вещество представляет собой предшественник (пролекарство), т.е. в исходном виде инертно и требуется, чтобы оно подверглось метаболическим превращениям в организме для перехода в активную форму, то необходимо, чтобы у каждого вида экспериментальных животных также было установлено его превращение в активную форму; в) препарат следует вводить животным в течение 7 дней. В прошлом, однако, это происходило по-другому. Очевидно, некоторым фирмам было удобно принять в качестве примера для подражания 5-дневную рабочую неделю для человека как вполне подходящую для проведения экспериментов на животных той же продолжительности; г) контролируемые исследования (мониторинг) на животных должны включать в себя следующее: определение объема потребляемого корма, массы тела, изменения поведенческих реакций и состояния, исследование крови, биохимические показатели и анализ мочи (для определения функции органа), а также другой контроль, в частности визуальный за соответствующими особенностями данного препарата либо за его приемом животными; д) всем животным, погибшим во время исследования, необходимо произвести аутопсию (следует помнить о необходимости предупреждения каннибализма животных), так как это чревато потерей потенциально ценных данных; е) по завершении периода исследования всех животных забивают, а их органы подвергают гистологическим исследованиям; перечень тканей, необходимых для проведения исследования (в Великобритании), составляет 30 наименований; ж) существуют исключения для большинства или для всего перечисленного выше; например, практически невозможно изучить такой терапевтический эффект, как развитие гипогликемии, так как она может быть вызвана применением очень высокой дозы препарата; не всегда возможно изучить токсические изменения в органах-мишенях. III. Специальные токсикологические методы исследования. 1. Мутагенность. Бактериологические тесты на мутагенность позволяют определить очаг мутации (парные в генах-регуляторах и повреждения клеточных макромолекул). Их требуется проводить всегда. Недостаточно подвергать микроорганизмы воздействию препаратов только в условиях in vitro, так как в организме животных или человека могут образовываться метаболиты лекарственного вещества, обладающие мутагенными свойствами. Необходимы тесты, разработанные на животных, например внутрибрюшинное введение микроорганизмов.2. Проведения исследований на канцерогенность не требуется до начала ранних фаз испытания на человеке, если только отсутствуют серьезные основания предполагать вероятность канцерогенного действия препарата: например, при исследовании на мутагенность получен положительный результат, структура препарата и его метаболитов у человека позволяет предположить его канцерогенность или гистопатологические изменения в органах, полученные при изучении хронической токсичности, заставляют подозревать вероятность мутаций. Если предполагается, что человек будет получать лекарственное средство более года, тогда в эксперименте исследование на канцерогенность должно проводиться в полном объеме (на протяжении почти всей жизни животного). Изучение канцерогенности (онкогенности) включает в себя: а) исследования на двух видах животных с установленной низкой частотой развития спонтанных опухолей; б) получение необходимых данных о метаболизме лекарственного средства; в) использование трех доз: высокой, но с учетом минимального токсического воздействия; низкой, превосходящей терапевтическую (фармакологически эффективная доза) в 2-3 приема; промежуточную (средняя геометрическая между высокой и низкой дозами); г) продолжительность исследования у крыс – 24 мес (и дополнительно в течение 6 мес для оценки результатов), у мышей и хомяков – 18 мес, т. е. на протяжении большего периода их жизни. По мере продолжительности исследования повышается ценность животных, так как их падеж при эпидемиях или по другим причинам, не имеющим отношения к проводимому исследованию, вызывает необходимость повторного изучения; это может на многие годы затянуть программу испытаний на безопасность препарата; д) после завершения тестов, согласно имеющимся инструкциям (в Великобритании), должно быть проведено гистологическое исследование 30 видов тканей организма; однако этот список неисчерпаем и следует принимать во внимание особые обстоятельства, возникающие при исследовании; е) определение: новообразованием (опухолью) считают популяцию патологических клеток с неконтролируемой обычно повышенной пролиферативной активностью и с другими менее четкими морфологическими и функциональными изменениями; они развиваются независимо от фактора, индуцировавшего их возникновение (за исключением индуцированных вирусом опухолей); злокачественная опухоль проникает в окружающие ткани и/или метастазирует; ж) интерпретация полученных результатов; самым достоверным методом, доказывающим опасность изучения канцерогенности вещества для человека, является эпидемиологическое исследование; несмотря на то что большинство веществ, канцерогенных для человека, оказались канцерогенными и для животных, все же неизвестно, насколько вещества, канцерогенные для животных, канцерогенны и для человека. «Экстраполяция на человека данных, полученных в эксперименте, – трудная, а иногда и произвольная процедура…»

«Вероятность риска канцерогенности у человека увеличивается, если обнаруживают большой размер злокачественных опухолей, распространяющихся на специфические ткани, при этом животное получало исследуемое вещество тем же путем, каким его получает и человек, а доза вещества равна или меньше той, что вызывает минимальную токсичность. При прочих обстоятельствах исследуемое вещество считается слабым канцерогеном, и риск его применения сопоставляется с его ценностью в качестве лечебного средства». з) существует настоятельная необходимость в разработке кратковременных тестов для определения канцерогенности исследуемого вещества. Это важно не только потому, что позволит удешевить исследования, но и ускорит их выполнение до начала введения препарата человеку. Однако доступные в настоящее время кратковременные методы исследования на мутагенность не могут заменить официально требуемое изучение канцерогенности на животных в том объеме, который позволит установить потенциальную канцерогенность препарата. Положительные результаты, полученные при кратковременном исследовании, всегда требуют проведения исследования в полном, официально требуемом объеме. Если же результаты кратковременных наблюдений были отрицательными и препарат не проявил мутагенных свойств, это не исключает необходимости выявления его канцерогенности по полной программе. Может возникнуть вопрос: почему новое соединение можно назначить человеку до завершения требуемых полных по объему исследований на канцерогенность. Ответы бывают следующими: опыты на животных имеют неопределенное предсказательное значение, обязательное завершение полных исследований на канцерогенность сделало бы разработку социально желаемого препарата до чрезвычайности дорогостоящей и даже привело бы к риску прекращения его разработки. Это могло бы задержать разработку полезного лекарственного препарата, а в то же время все возрастающее число тестов было бы проведено с веществами, которые в конечном итоге были бы запрещены по каким-либо другим причинам. Все это может представляться кому-то правильным или неправильным, но такова проблема, существующая в действительности.

IV. Влияние на репродуктивные процессы. Проводится с целью определения токсического воздействия на: мужские и женские гаметы; внутриматочный гомеостаз; эмбриогенез; плод; метаболизм в организме матери, что приводит к поражению плода; рост и развитие матки; роды; постнатальное развитие, сосательный рефлекс новорожденного и лактацию; отдаленные эффекты у потомства, например на поведение, генеративную функцию; последующее поколение. При изучении некоторых эффектов необходимо проведение эксперимента не менее чем на двух видах животных (например, при исследовании эмбриотоксичности), в других случаях достаточно одного вида (например, при определении влияния на перинатальное развитие, плодовитость). Как правило, при проведении эксперимента используют три дозы. Исследования фармакокинетики следует проводить на беременных животных, а концентрацию лекарственного вещества определяют как в организме самки, так и ее плода. Результаты аутопсии и гистологического исследования, предусмотренных при изучении влияния на репродуктивную функцию, служат основным документом при лабораторных исследованиях.

Этические вопросы использования животных при создании лекарств

Многие исследования проводятся на анестезированных животных, забитых «гуманными» методами, или на изолированных органах животных. Однако в настоящее время не существует другой модели, в которой сочетались бы взаимозависимость системы функционирования различных органов и метаболизм с образованием биологически активных продуктов превращения. Серьезные сомнения могут возникать в отношении токсикологических опытов, причиняющих животному много страданий. Все они будут совершенно неоправданными, если в результате не будут получены данные, полезные для человека. Во многих отношениях функции животных сходны с таковыми у человека, однако существуют и заметные различия.

Статистическая значимость

Если предполагается, что один метод лечения эффективнее другого, то для того, чтобы выяснить истину (в этом только кажущаяся странность), следует начать с проверки гипотезы о том, что методы в равной степени эффективны или же неэффективны. В этом случае можно говорить о гипотезе отсутствия различия (нулевая гипотеза). Так, если лечение проводилось в двух разных группах больных (сравнение между больными) или если каждый больной прошел курс лечения каждым из препаратов (сравнение на тех же больных) и при этом было обнаружено, что один из методов лечения эффективнее другого, то необходимо установить, действительно ли полученная разница обусловлена преимуществом одного метода перед другим. Статистический тест на достоверность показывает, как часто различие в величинах могло бы быть обусловлено случайностью (случайные воздействия), если в реальности отсутствует различие между методами лечения. Если же результаты теста таковы, что полученное статистическое различие все же маловероятно, так как в действительности оно отсутствует, то врач может самостоятельно решить вопрос о том, чему следует доверять, или по крайней мере поступить так, как если бы было установлено реальное преимущество одного из методов, и признать это в практической деятельности. Различия могут быть статистически достоверными, но клинически не имеющими большого значения.

Тест на статистическую достоверность в клиническом исследовании

В равной мере выявление различий может показать их отсутствие в эффективности двух методов лечения, хотя все же имеется шанс, что в действительности оно все же существует. При правильно спланированном клиническом исследовании возможно вычислить вероятность того, можно ли не заметить реального различия при определенной его величине после завершения данного объема исследований. В клинической практике следует иметь в виду, что если результаты теста на статистическую достоверность правильности «нулевой гипотезы» свидетельствуют об отсутствии различий между методами лечения только в пяти случаях при 100-кратном проведении эксперимента, то такое различие можно принять за достаточное доказательство того, что «нулевая гипотеза», по всей вероятности, неправомочна (но не невозможна), тогда как на самом деле реальное различие между методами лечения имеется. Такой уровень вероятности в терапевтических испытаниях выражается как статистически значимые различия или значимые при 5% уровне, или при р=0,05 (р означает процент, разделенный на 100, т. е. случайная пропорция).Статистическая значимость просто означает небольшую вероятность отсутствия разницы в эффективности двух методов лечения. Если при проведении математического анализа обнаруживают, что гипотеза отсутствия различий верна для наблюдаемых отклонений или еще более выраженных только однажды при 100-кратном повторении эксперимента, обычно считают, что полученные результаты статистически высокодостоверны при 1% уровне, или при р=0,01. Статистические тесты не представляют собой доказательства преимуществ того или иного метода, так как они свидетельствуют только о вероятности. Клиницист имеет право признать результаты испытания правильными при их статистической значимости (р=0,05), если у него есть достаточно доказанное теоретическое обоснование для того, чтобы ожидать подобный результат. В то же время врач может отказаться признать вывод, полученный на основании анализа, если он теоретически невозможен либо противоречит его клиническому опыту, несмотря на то что различие окажется статистически высокозначимым (р=0,001). И это будет благоразумным. Важно не оказаться в «тисках» статистических показателей, но не менее важно избежать игнорирования очевидных данных. Статистику можно определить как комплекс методов для принятия мудрого решения перед лицом неопределенности. Правильно используемый статистический анализ – очень ценный инструмент для совершенствования методов лечения. Многие исследователи считают, что статистически значимые результаты исследования – это все, что необходимо получить (редакторы стараются публиковать результаты испытаний со статистически значимыми и отвергают со статистически незначимыми различиями, так как исследования при отсутствии различий кажутся им неинтересными). Это неверно. Следует оценивать ошибки терапевтических экспериментов двух типов. I тип – выявление различий в эффективности методов лечения, хотя в действительности они отсутствуют; II тип – различие не выявлено, тогда как в действительности оно есть, причем настолько выражено, что у врачей возникает вопрос: чем оно вызвано? Клиницисту следует решить также вопрос о том, принимает ли он ошибку II типа и с каким уровнем вероятности, если он должен использовать данные исследований для лечения больных. Таким образом, только указание на статистическую значимость различия в эффективности двух методов лечения не может дать ответ на вопрос о выборе наиболее эффективного из них. Например, результаты исследований свидетельствуют о том, что статистическая достоверность различий отсутствует. Это означает, что сравниваемые между собой величины не имеют при данных условиях различий, но при других условиях, например при увеличении числа наблюдений, статистическая достоверность могла бы приобрести большую значимость, т. е. вероятность стать статистически значимым, что служит интересам клиницистов, так как позволяет доказать преимущество метода, который представляется более ценным. Отсутствие статистической достоверности различий по-разному интерпретируется в зависимости от числа обследованных больных, например 50 или 500. При увеличении числа наблюдений вероятность достоверности увеличивается. При небольшом числе такая возможность значительно меньше, хотя может быть важна клинически, несмотря на то, что изменение регистрируемого показателя реакции на лечение само по себе невелико. Статистически недостоверный результат можно интерпретировать как не имеющий клинического значения, если, по данным сообщения, доверительный интервал между полученными результатами о различии методов лечения узкий. Клинические испытания предусматривают измерение таких показателей, как боль, отеки, АД, частота приступов болей в сердце. Указание на 95% доверительный интервал для средних значений различия между двумя методами лечения означает: а) совместимость наименьших и наибольших истинных значений конкретных данных (например, эффективность метода лечения) при 5% уровне достоверности; б) диапазон, внутри которого с определенностью (95%) находятся истинные или действительно важные значения, например, разницы эффективности метода лечения. Доверительные интервалы свидетельствуют о точности проведенного исследования, а их большой диапазон – о недостаточной информативности независимо от достоверности или недостоверности зарегистрированного различия. Он предупреждает не придавать большого значения или доверия результатам небольших по объему исследований. Доверительные интервалы особенно полезны при интерпретации данных таких исследований, так как они указывают на степень неопределенности полученных результатов, например при определении разницы между двумя средними величинами (имеется или отсутствует статистическое различие). Использование средних данных в сочетании с доверительным интервалом позволяет получить правильную оценку. Так, например, если разница в эффективности двух методов лечения статистически недостоверна, а доверительный интервал для средних значений широк, то подобное различие совместимо с правомочностью «нулевой гипотезы», т. е. отсутствует реальное различие между методами лечения или частота существенного нежелательного или основного положительного эффекта, что представляется очень важным. Такая ситуация возникает лишь при небольшом числе наблюдений, ее можно избежать, если только заранее рассчитать минимальное число наблюдений, необходимое для установления с высокой вероятностью полезного эффекта, ранее определенного клиницистом, либо его отсутствие. Результаты исследования, не позволяющие прийти к определенному заключению, бесполезны и неэтичны, так как создают риск для больных, занимают у специалистов время и требуют неоправданных финансовых затрат. Спланированное исследование должно быть информативным (иметь адекватную «силу»), например, обеспечить по крайней мере 80% шанса выявления желаемого эффекта при узком доверительном интервале и 5% статистической достоверности (р=0,05). Бесполезно начинать исследования с шансом обеспечить установление цели, стоящей перед исследователями менее чем в 50% случаев, т. е. если его предсказательная «сила» слишком мала. Однако такие небольшие по объему исследования проводятся нередко, а их результаты публикуются без указания доверительных интервалов, варьирующих показателей средних, которые обнаружили бы их несостоятельность. При проведении исследований отчет должен содержать определенные сведения.

Наблюдаемое различие эффективности лечения в двух группах статистически недостоверно (р>0,05), но этот результат совместим (95% доверительный интервал) с существующим реальным различием в широком диапазоне: от +30 до – 20% (т. е. при почти одинаковой величине значений противоположного знака); широкий диапазон разброса свидетельствует о том, что результаты исследований оказались бесполезными, так как не только диапазон колебаний в различии эффекта широк, но и полученные значения в различии эффекта неотличимы от нуля («крутятся» вокруг нуля).
Наблюдаемое различие между группами, получающими разное лечение, статистически достоверно (р<0,05), но результат совместим с существующими различиями от 2 до 35% (в одном и том же направлении); при таком широком диапазоне различий можно не получить объективной оценки, так как клинически полезные различия в эффекте могут устанавливаться только в пределах 20%.

Если же диапазон колебаний узкий, например 30-38% и значения выше клинически необходимой минимальной величины (20%), что признается клинически важным и статистически значимым, то можно признать, что получена надежная информация, которую следует признать ценной (если она будет подтверждена данными других исследований) для обоснования рекомендаций по лечению больных. Если все сообщения в журналах сопровождались подобной информацией о статистической достоверности и доверительных интервалах, в литературе было бы меньше бесполезных и даже дезориентирующих сведений по терапевтическим испытаниям, так как редакторы отказывали бы в публикации материалов, не содержащих ценных сведений по оценке самих авторов.

Объем терапевтического исследования, число участников

До начала терапевтического исследования необходимо решить вопрос о времени его прекращения. Необходимое число больных, участвующих в нем, зависит от различий, принимаемых за клинически важные, которые следует стремиться установить заранее. Если исследователь может предварительно определить желаемое различие в эффективности лечения (как если бы он уже завершил испытание и обсуждает важность полученных результатов), то можно подсчитать число больных, необходимое для того, чтобы получить клинически значимое различие, если в действительности оно реально может существовать. Это получило название концепции разрешающей способности (силы) клинического исследования (возможность определения статистически значимого различия в пользу более подходящего метода лечения, когда различия равны или превышают клинически полезные, в которых заинтересованы врачи). Очевидно, что такой подсчет следует произвести до начала испытания, а не после его завершения, когда выявится, что его разрешающая способность слишком мала и что испытание оказалось бесполезным. Излишняя уверенность в возможности определения очень малых различий способна привести к необходимости проведения невероятно больших по объему исследований. Часто необходимо идти на компромисс, принимая во внимание имеющееся в распоряжении исследователей число больных (что обычно завышается), выполнимость задач и реальную оценку действительно имеющего клиническое значение различия. Клиницист, намеренный использовать в терапевтических исследованиях фиксированную группу больных, обычно для решения вопроса о необходимом числе участников прибегает к консультации статистика. Такая оценка может оказаться правильной, если врач сообщит статистику о величине различий, которое ему интересно определить, и о том допустимом риске, который связан с ошибками I и II типов, т. е. ошибками анализа результатов, выражающихся в признании различия, когда оно отсутствует (I тип), и к его невыявлению, когда оно существует (II тип). Результат такого подсчета обычно вызывает у клинициста шок, так как он имеет очень смутное представление об этом и обычно полон энтузиазма в отношении ожидаемого лечебного эффекта. Он начинает в таких случаях говорить о своем желании на самом деле определить «любое» различие, хотя бы и небольшое, что будет «вполне доказано», чтобы принять его за реально существующее. Однако то, что врачу может показаться вполне умеренными требованиями, на самом деле приводит к необходимости включить в испытание невероятно большое число больных. Два момента будут вполне достаточны. Если летальность составляет 20% (например, при столбняке в некоторых регионах мира), то в испытании должно участвовать около 1000 больных (подобные исследования проводились). Исследование, в котором будет с 5% достоверностью установлено преимущество одного из методов лечения (при этом эффективность последнего увеличивается с 75 до 85%), должно быть проведено на 500 участниках; в этом случае его разрешающая способность составит 80%. Ясно, что чем большее различие ожидается, тем меньше потребуется больных, участвующих в исследовании, а чем меньше ожидаемое различие, тем число их больше (эти расчеты с очевидностью показывают, почему контролируемые методы оценки лечебного эффекта лекарственных препаратов все чаще привлекают внимание исследователей). Четко проведенное исследование, позволяющее получить умеренную степень вероятности того, что его результаты подтверждаются другими исследователями, следует предпочесть исследованию, целью которого служит определение эффективности метода лечения с абсолютной надежностью. Подобное исследование или критерий неудач из-за скуки и других человеческих слабостей обеспечит получение результатов, когда испытуемое лекарственное средство уже устареет. Обычно спланированное исследование проводится с периодическим статистическим анализом (еженедельным или ежемесячным), и как только получают статистически достоверные различия в эффективности лечения, его можно считать завершенным. Однако, к сожалению, невозможно проводить лечение одновременно и периодически проводить статистическую обработку получаемых результатов с целью установить «как идут дела» или для того, чтобы прервать исследование, когда разница в результатах станет достоверной. Испытание должно быть завершено с точки зрения не только оценки результатов, но и во времени, так как ситуация может изменяться, в связи с чем могут изменяться и статистические данные; поэтому краткосрочные исследования могут быть дезориентирующими и не соответствовать истинности сравниваемых средств. Подтверждение результатов другими исследователями необходимо для прогресса не только терапии, но и науки вообще. Неразумно, достигнув недостаточного уровня статистической значимости различия (например, р-0,06), стремиться получить согласованный уровень статистической значимости (например, р=0,05) с помощью небольшого увеличения числа больных, включенных в исследования, надеясь на то, что это позволит получить р=0,05 или менее. Не следует умышленно пользоваться таким приемом для получения достоверного различия. Только возможности самих методов лечения должны быть единственными факторами, обусловливающими получение определенных результатов. Однако это лишь теоретические рассуждения, а практически нет исследователя, который в течение многих месяцев лечил бы больных, не удостоверившись в том, что происходит в наблюдаемых группах с точки зрения статистических методов оценки, и который не испытал бы при этом влияния результатов статистического анализа на принятие решения о целесообразности окончания или продолжения исследования. Строго говоря, это не согласуется со статистическими принципами, но, без сомнения, такое поведение клиницистов еще наблюдается. Это наводит на мысль о том, что самым простым решением было бы оставить все как есть, а большинство опубликованных значений мысленно признать за удвоенную величину (по сравнению с тем, что есть на самом деле). Единственной совершенно этичной и обоснованной альтернативой такому положению было бы привлечение к исследованиям квалифицированного статистика, который смог бы еженедельно подвергать данные компьютеризованному анализу для последовательного планирования. Последовательное планирование. Этот вид планирования был введен в практику в связи с очевидной необходимостью дополнительной коррекции плана исследований, которая позволила бы продолжить или прекратить их при получении статистически достоверных результатов либо при нежелательности дальнейшего их проведения. Существенная особенность такого планирования заключается в том, что испытание ограничивают заранее определенным временем, тогда как исследователю, согласно результатам, полученным к определенному моменту, следовало бы самому решать, что этот момент наступил (немногие из них могут удержаться от самостоятельного выбора момента, когда различие статистически значимо, что неизбежно приводит к получению с большой частотой положительных результатов). Метод последовательного анализа позволяет продолжить испытания, но он не лишен недостатков: например, в избранный момент необходимо получить один определенный конечный результат, хотя при многих испытаниях, например при оценке противоревматических средств, требуется оценка многих показателей. Был найден компромиссный вариант между испытанием на фиксированной группе больных и испытанием с последовательным планированием. Это позволяет проводить формальный статистический анализ в несколько заранее определенных этапов и принимать решение о продолжении или прекращении исследования. Проведение таких промежуточных анализов уменьшает статистическую достоверность, но несущественно, если их производить меньше четырех раз на протяжении длительного периода (поскольку промежуточный анализ проводят с учетом более высокого, избыточного уровня ошибки I типа, поэтому общий риск ее, принятый при планировании, к окончанию испытаний не увеличивается). Такое модифицированное последовательное планирование отражает реальные условия практической медицины и обеспечивает разумное сочетание требований статистики и медицины.Консультация статистика при планировании исследования необходима, так как по его завершении она уже не может повысить его разрешающую возможность. Тест значимости различий обоснованно может быть применен только к эксперименту, в котором единственной переменной, систематически различающейся в группах, служит эффект изучаемого препарата. Погрешности при отборе больных, их группировке, обследовании и оценке наблюдаемых под влиянием лечения изменений важнейших показателей приводят к бессмысленности статистической обработки результатов. Статистическая обработка старых историй болезни чаще ведет к заблуждениям, чем приносит пользу, и не имеет научного значения.

Чувствительность клинических методов исследований

К сожалению, клинические исследования не относятся к настолько чувствительным методам, как того хотелось бы клиницистам. Клинические испытания, в которых сравнивают показатель смертности в группах с соотношением 1:3 или более, высокодостоверны, но при разнице в соотношении менее 2:3 эффективность препаратов устанавливается с большим трудом. Эти суммарные соотношения очень важны, и все организаторы клинических исследований должны их учитывать. В связи с этим наиболее частая ошибка заключается в попытке провести исследование, при котором разница в смертности в двух сравниваемых группах не будет превышать 2:3.

Совершенно очевидно, что результаты одного исследования редко позволяют получить окончательный ответ на поставленный врачами вопрос. Подтверждающие результаты, полученные исследователями других центров, играют основную роль в установлении действительной эффективности лекарственных средств. Если при проведении исследования в многочисленных группах результаты варьируют, то пытаются собрать все материалы вместе и подвергнуть данные соответствующей статистической обработке (но нельзя просто суммировать группы). Обобщенный анализ может оказаться поучительным. Однако при этом избранные для анализа результаты должны быть высокого качества, а с обобщенными результатами следует обращаться с осторожностью.

Казалось бы, все инновации, в том числе фармацевтических препаратов, входят в нашу жизнь медленно, но верно: ученые делают открытия, бизнесмены вкладывают в них средства, превращают в продукт для потребителей и - "полный вперед" на рынки сбыта. На самом же деле путь нового медикамента на аптечные полки иногда бывает необычайно трудным. На эту тему Александр Рылов беседовал с заместителем директора по науке НИИ молекулярной медицины ММА им. И. М. Сеченова Всеволодом Киселевым.

Всеволод Иванович, значит, лекарства рождаются "в муках"?
- Еще примерно лет пять назад я считал: стоит изобрести препарат, по-настоящему полезный для больных, как дальше все пойдет автоматически. В действительности же те, кто участвует в его создании, 90% сил тратят на то, чтобы не дать проекту умереть. Да и сам такой бизнес невероятно сложен и непредсказуем с точки зрения инновационной удачи. Вот почему на этом "поле" профессиональных инвесторов не так много. Тем более, что выведение на рынок нового лекарства, по оценкам американских специалистов, сейчас стоит около 1 млрд. дол. Словом, чтобы взяться за столь рискованное дело, надо обладать колоссальным капиталом и соответствующим опытом работы.

Кроме того, "цена удачи" в данном виде деятельности с каждым годом значительно возрастает. Если в середине XX в. в мире ежегодно появлялись 20 - 30 новых лекарств, то в начале 2009 г., увы, в 5 - 6 раз меньше. К тому же крайне редким стало появление "революционных" препаратов (каким был, например, антибиотик пенициллин), т.е. в разы повышающих эффективность лечения в отличие от прочих лекарств-"новичков", увеличивающих ее лишь на 15 - 20%. К сожалению, это означает, что КПД фармацевтики падает.

Так с чего начинается рождение лекарства?
- С некой "питательной среды": тысячи лабораторий во всем мире изучают биологические процессы. В одних случаях исследователи прицельно ищут пути создания какого-либо препарата, в других - осуществляют творческий поиск, часто оказывающийся плодотворным для решения практических задач. В результате ежегодно открывают десятки регуляторных молекул (способных влиять на происходящие в нашем организме важные для здоровья преобразования). Большинство таковых патентуется, однако они не представляют собой даже "зародыша" лекарства и весьма далеки до его появления на аптечной полке.

Но вот в дело начинают включаться инвесторы - фонды, специализирующиеся, как правило, на производстве биофармацевтических средств. Решение о финансировании тех или иных проектов они принимают на основании экспертной оценки венчурных менеджеров - представителей редкой, сложной, востребованной, требующей интуиции профессии, знающих, по каким законам живет "элита" фармацевтического мира, чего от этой отрасли ждет рынок, как биологически активные молекулы превращаются в лекарства.

Такие специалисты присматриваются к университетам и научным центрам в поисках перспективных разработок. И когда окончательно останавливаются на какой-либо из них, наступает самый ответственный момент в рождении лекарства: капитан консолидируется с наукой - организовывается стартовая компания (создатели препарата, как правило, ее соучредители), получающая от материнской венчурной фирмы миллионы долларов на доведение регуляторной молекулы до стадии медикамента. Затем фирмы, занимающиеся изготовлением лекарств, начинают его широкомасштабное производство.- Но зачем нужна цепочка посредников?
- Она оправдана и даже необходима. Не секрет, что мировое разделение труда все более усугубляется, каждое дело становится успешным лишь тогда, когда им займется специалист. Транснациональные фармацевтические "гиганты" крайне редко берутся за изготовление препаратов, находящихся на стадии изучения, а предпочитают те, что прошли первые этапы клинического исследования, когда уже доказана их безопасность и эффективность (тогда риски инвестирования минимальны, а цена проекта еще не достигла заоблачных масштабов). Этот новый собственник финансирует завершение испытаний, проводит государственную регистрацию лекарства, затем налаживает соответствующее производство и продвигает свою продукцию на глобальный рынок, поскольку ее окупаемость в пределах одного государства сегодня недостаточна. Как я уже говорил, финансовые риски при венчурном бизнесе очень велики, поэтому та или иная компания в течение 8 - 10 лет финансирует сразу около 10 проектов. А "путевку в жизнь" получит лишь один из них, способный оправдать все вложения.

Но все это касается наиболее развитых стран. Россия же сложные и современные лекарства может производить только по их лицензии?
- Пять лет назад так и было. Ныне же в нашей стране уже разработано несколько инновационных высокотехнологичных препаратов. А столь значимые события не остаются незамеченными для финансистов. Хочу отметить: число моих встреч с отечественными предпринимателями, взвешивающими возможности подобных инвестиций, растет в геометрической прогрессии.

Подобные "истории успеха" - сигнал и для нашей молодежи идти в фармацевтику, причем оставаться после окончания вуза на родине.

Что сейчас надо делать в России, чтобы развить и приумножить эти первые достижения?
- Освоить выпуск инновационных медикаментов ныне могут только государство рука об руку с бизнесом. И каждый член этого альянса должен решать свою задачу. Первый - создать мощную "питательную среду", где зарождались бы идеи и регуляторные молекулы, второй - научиться вести рискованные, долгосрочно окупаемые проекты. К сожалению, у нас еще не сформировался зрелый "климат" для их реализации, и, как следствие, все задачи на начальной стадии такой работы решаются трудно. Обратимся к мировому опыту: для постройки "мостика" между идеей ученого и началом производства препарата внутри фармацевтической отрасли существует несколько самостоятельных индустрии с многомиллионными денежными оборотами. В России тоже следует организовать несколько аналогичных предприятий.

Расскажите об одном из последних отечественных инновационных препаратов.
- Скажем, в нашем НИИ молекулярной медицины ММА им. И. М. Сеченова разработан диаскинтест, предназначенный для диагностики туберкулеза при массовых обследованиях населения, по точности на порядок превосходящий применяемые сегодня в мире. Причем стоимость соответствующей пробы у одного человека составляет всего несколько долларов. Речь идет о генно-инженерном белке, имеющем природные и искусственные фрагменты.

Этот препарат включили в Федеральную целевую программу "Предупреждение и борьба с социально значимыми заболеваниями (2007 - 2011 годы)".

Деньги в данный проект вложило только государство?
- Нет, оно не потратило ни копейки. Мы взаимодействовали с двумя российскими фирмами, финансировавшими работы, чтобы сначала организовать стартовую компанию, затем приступить к массовому изготовлению препарата. А после высокой оценки, данной диаскинтесту в апреле 2009 г. на специальном симпозиуме в рамках научной программы XVI Российского национального конгресса "Человек и лекарство", правительство РФ решило выделить средства на его государственную закупку.

А почему вы занялись именно туберкулезом?
- Поскольку мы создавали рыночный продукт, который должен подтвердить свою конкурентоспособность и в итоге оказаться прибыльным, то остановились на решении задачи, значимой для медицинского сообщества. Конечно, не менее важна и социальная составляющая. Этот недуг - колоссальная беда не только для России, где заболеваемость за последние 10 лет выросла вдвое, но и для всего мира. Ежегодно он поражает 9 млн. человек и почти 4 млн. из них погибают.

Дело в том, что у нас и во многих других странах всем младенцам вводят в организм так называемую вакцину БЦЖ - живые, но ослабленные благодаря специальной обработке туберкулезные микобактерии (подчеркнем: не человеческие, а бычьи). В результате у детей вырабатывается устойчивый иммунитет против возбудителей болезни. При обследовании же школьников на предмет данной инфекции регулярно делают пробу Манту - инъекцию туберкулина (специального препарата микобактерий). При его введении развивается местная воспалительная реакция - папула (немного возвышающийся над кожей красный кружок), значит, организм обладает нормальным иммунитетом. Если она не появилась, надо срочно повторить вакцинацию. В случае, когда этот "бугорок" достигает большого размера, сопровождается некрозом (омертвением тканей из-за нарушения кровообращения) и у ребенка увеличиваются лимфатические узлы, то надо немедленно обратиться к фтизиатру. Только он определит, болен пациент туберкулезом или в результате вакцинации БЦЖ образовался чрезмерный иммунитет.

Именно в неточности пробы Манту состояла главная трудность диагностики данного недуга: бесконечные обследования, профилактика и, конечно, психологические травмы, причем иногда им подвергались совершенно здоровые люди. Однако еще более опасные последствия наступали в результате их массового ненужного лечения, из-за чего в мире возникали новые, устойчивые к антибактериальным лекарствам штаммы микобактерий. Поэтому с болезнью справиться было все труднее, чаще наступали трагические исходы.

Из десяти пациентов, которым делают пробу Манту, примерно половина сталкивается с подобной проблемой. Но ведь прививки БЦЖ сейчас обязательны в 64 странах и рекомендуемы в 118. Выходит, ежегодно в мире из-за неточности такой диагностики десятки миллионов человек напрасно обследуются и лечатся. Уже по этим причинам наш диаскинтест, реагирующий только на заболевание туберкулезом, но всегда "молчащий" в случае избыточного иммунитета, сегодня ждут с нетерпением фтизиатры многих стран.

Не могли бы вы в общих чертах рассказать, как создавали этот чудо-препарат?
- Проведя долгую и сложную работу, мы сравнили структуру белков, образующихся в бычьих микобактериях (используемых для вакцинации БЦЖ), и туберкулинового из "человеческих" микробов (задействованного в пробе Манту). Некоторые их фрагменты оказались одинаковыми, поэтому привычная диагностика не могла точно "распознать", заразился человек туберкулезом или иммунитет превышает норму. С помощью методов генетической инженерии наши специалисты перестроили молекулу туберкулина, в частности, удалили из него "бычьи" фрагменты. Так появилась новая белковая молекула, состоящая из антигенных детерминант, присущих только микобактериям, вызывающим туберкулез у людей. На его основе и получили диаскинтест, который начала выпускать в 2009 г. фирма ЗАО ЛЕККО (Владимирская область).

Думается, успешным завершением работы мы доказали: не оборвались традиции уникальной фармацевтической школы, сложившейся еще в XIX в. на медицинском факультете Московского университета - "дедушки" нашей академии. И важнейшая среди них - мультидисциплинарность: благодаря ей фармаколог - разработчик лекарства, избегнув ненужных административных процедур, устанавливает сотрудничество с опытными специалистами практически в любой области медицины. Так, большую помощь в создании диаскинтеста оказал заведующий кафедрой фтизиопульмонологии этого вуза, крупнейший в мире знаток туберкулеза, академик РАМН, директор НИИ фтизиопульмонологии, главный фтизиатр Министерства здравоохранения и социального развития РФ Михаил Перельман.

В конце 2008 г. в московском районе Тропарево завершилось строительство нового корпуса фармацевтического факультета ММА, где есть экспериментально-производственная база, позволяющая готовить профессионалов для передовых фармацевтических технологий. Уверен: наше учебное заведение внесет важный вклад в возрождение отечественной фармацевтической отрасли.

Александр Рылов, Всеволод Киселев